老井封堵段水泥塞-地层界面剥离失效数值模拟

摘要

受限于套管直径小、套管连接螺纹不具备气密封性等因素，老井无法直接转为储气库注采气井，因此老井井筒必须进行封堵改造，并保障封堵的有效性。以河南叶县储气库某老井为例，根据地层岩性、井径情况，确定了老井段铣封堵层位，建立了基于内聚力模型单元（Cohesive）方法的盐穴储气库段铣封堵老井水泥塞-地层系统三维有限元模型，明确了储气库定压条件下水泥塞-地层界面剥离失效规律，得到了界面的极限剥离长度。研究表明：对于无射孔段老井，为防止天然气在纵向、横向上的泄漏，需要在盖层段和盐层段分别建立水泥塞屏障体；储气库压力恒定20 MPa条件下，水泥塞底部受压后会发生一定程度微小形变，致使水泥塞-地层胶结界面产生剪切方向变形，累计到一定程度后即发生剥离；随着模拟时间增加，剥离段长度逐渐增加并趋于稳定，极限剥离失效长度为18.4 m；水泥塞-地层界面剥离失效长度随水泥塞弹性模量的增大而降低，建议使用高弹模水泥浆体系进行井筒封堵作业。研究结果有助于判断现场老井段铣封堵长度是否足够，为保障储气库长久安全运行提供理论指导。

关键词

储气库 / 封堵层位 / 水泥塞-地层界面 / 剥离失效 / 极限剥离长度 / 数值模拟

基金资助

中国石油天然气集团有限公司课题“盐穴压缩空气与氢气储能工程关键技术研究”（2021DJ5402）;; 常州大学科研启动基金（ZMF22020060）;; 江苏省高等学校基础科学（自然科学）研究面上项目“石墨烯和碳化硅颗粒改性PDC钻头胎体磨损与腐蚀机理研究”（22KJD430001）